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Study of the blocking mechanism in gravel packing based on CFD-DEM

Particuology 2024年第7期90卷 164-178页

作者： fucheng deng Lei Wen Gang Li Baitao Fan Ning Gong Shenghong Chen Yangtze University Jingzhou434023China Guangzhou Institute of Energy Conversion Chinese Academy of Sciences510640China CNOOC Research Institute Ltd Beijing100028China Tianjin Branch of CNOOC Ltd Tianjin300459China CNOOC Ener Tech-Drilling&Production Co Tianjin300457China

Gravel packing sand control(GPSC),as the optimization of mechanical sand control technology,is widely used in the deep water completion and sand control of loose sandstone heavy oil reservoirs and highly *** explore the blocking mechanism of GPSC,the influence of its structural parameters on the blocking of GPSC is *** paper establishes a particle element model based on computational fluid dynamics-discrete element method coupling using the discrete element method and establishes a fluid flow model combined with computational fluid dynamics to realize their full coupling *** sand control experiments were carried out using a micro visual sand control simulation device to verify the blocking *** blocking mechanism is analyzed from the microscopic point of view,and then,the influence of sand control structure parameters on the blocking in GPSC design is *** results show the following:(1)the blocking process of GPSC can be divided into three stages:an initial stage,sand accumulation stage,and equilibrium stage.(2)There are two main types of gravel packing *** first type of blocking is blocking on the surface of the gravel *** particles on the surface of gravel layer mainly exist in the form of large particle size blocking gravel pores and sand particles bridging each *** second type of blockage is the blockage inside the gravel *** particles mainly exist in the form of internal mud cakes and adsorption on gravels inside the gravel layer.(3)To ensure the sand control performance of the gravel layer,the gravel layer thickness is designed between 23 and 28 *** displacement or pressure of the on-site packing pump should be increased to ensure that the gravel layer packing solidity ranges between 59%and 62%.In the design of GPSC,it should be ensured that the median particle size of gravel is 5–6 times the median particle size of *** study provides an effective technical reference for the

关键词： CFD-DEM Blocking the process Blocking mechanism Structural parameter

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割缝筛管缝宽优化数值模拟

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西安石油大学学报（自然科学版） 2024年第2期39卷 94-102页

作者：邓福成桂福林龚宁张海雄高志伟长江大学机械工程学院湖北荆州434100 中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院天津300452 中石化新星(北京)新能源研究院有限公司北京100010

对于割缝筛管缝宽的选择,大多数是基于经验公式,对防砂效果会产生较大的影响。利用CFD-DEM耦合方法研究不同因素对割缝筛管防砂性能的影响规律,结合正交试验确定各因素影响筛管性能指标的主次顺序,建立筛管防砂性能的回归方程模型,得到... 详细信息

对于割缝筛管缝宽的选择,大多数是基于经验公式,对防砂效果会产生较大的影响。利用CFD-DEM耦合方法研究不同因素对割缝筛管防砂性能的影响规律,结合正交试验确定各因素影响筛管性能指标的主次顺序,建立筛管防砂性能的回归方程模型,得到割缝筛管缝宽最优选择方式。结果表明:流通性能与挡砂性能最主要的影响因素为缝宽尺寸,抗堵塞性能主要受到流体黏度的影响;使用缝宽优化模型得到的最优解在整体防砂性能上优于经验公式的缝宽尺寸。研究结果可为特定储层条件下油气井防砂性能的预测与防砂介质的精度优化提供参考和借鉴。

关键词：割缝筛管 CFD-DEM耦合正交试验回归分析缝宽优化

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产水气井冲缝套动态冲蚀机理研究

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石油机械 2024年第2期52卷 82-90页

作者：邓福成李艺谋龚宁韩耀图许朝辉邓君宇陈竹长江大学机械工程学院中海石油(中国)有限公司天津分公司中国石油集团工程技术研究院有限公司中国石油集团工程技术研究有限公司广东省海洋协会

在产水气井中,冲缝筛管同时受到腐蚀和冲蚀磨损,服役寿命远远低于预期。为了解冲缝筛管在产水气井中快速失效的原因,模拟含水气井的腐蚀环境,进行了室内腐蚀试验,并建立了冲缝套的2种缺陷分布模型,模拟计算不同缺陷分布模型,以腐蚀速率... 详细信息

在产水气井中,冲缝筛管同时受到腐蚀和冲蚀磨损,服役寿命远远低于预期。为了解冲缝筛管在产水气井中快速失效的原因,模拟含水气井的腐蚀环境,进行了室内腐蚀试验,并建立了冲缝套的2种缺陷分布模型,模拟计算不同缺陷分布模型,以腐蚀速率为动网格速率,探究了不同缺陷深度和含水体积分数下冲缝套的冲蚀机理。研究结果表明:含水体积分数从0增加到100%,腐蚀速率从0.0115 mm/a增加到0.0399 mm/a,腐蚀坑的截面为圆形;缺陷在边缘中间区域时,最大冲蚀磨损量分布在缺陷处;缺陷在其他区域时,最大冲蚀磨损量分布在边缘四角区域的非缺陷区域;最大冲蚀磨损速率与缺陷深度、含水体积分数成正比,这种腐蚀与冲蚀的共同作用是冲缝筛管在产水气井中服役寿命大幅缩减的原因。所得结论可为延长冲缝筛管服役寿命研究提供理论参考。

关键词：产水气井冲缝套防砂筛管 S13Cr 冲蚀磨损腐蚀速率动网格

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天然气水合物开采中冲缝管套冲蚀研究

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中南大学学报（自然科学版） 2022年第3期53卷 1023-1032页

作者：邓福成黄斌尹彪李小森易先中长江大学机械工程学院湖北荆州434000 中国科学院广州能源研究所广东广州510640 中国科学院广州天然气水合物研究中心广东广州510640 中国科学院天然气水合物重点实验室广东广州510640

为准确预测天然气开采中筛管保护套的冲蚀磨损速率和使用寿命,首先,根据储层及完井方式特征,建立冲缝管套筛缝流道模型;其次,利用离散相模型(DPM)模拟砂粒在气、液混合流体中对冲缝管套的冲蚀破坏过程,分析气、液和固三相流作用下筛缝... 详细信息

为准确预测天然气开采中筛管保护套的冲蚀磨损速率和使用寿命,首先,根据储层及完井方式特征,建立冲缝管套筛缝流道模型;其次,利用离散相模型(DPM)模拟砂粒在气、液混合流体中对冲缝管套的冲蚀破坏过程,分析气、液和固三相流作用下筛缝壁面冲蚀速率随流体流速、含砂体积分数、液相体积分数和开口高度的变化规律;最后,根据筛管冲蚀情况,推导出基于最大冲蚀速率与允许冲蚀宽度的冲缝管套寿命预测模型,预测筛管寿命。研究结果表明:冲缝管套结构中最大冲蚀速度区域为筛缝底部边缘;管套的冲蚀速率随流速增加呈现指数增长趋势,随颗粒体积分数和液相体积分数增加呈线性增长趋势;管套预测使用寿命在速度增加的初始阶段下降明显,液相体积分数和颗粒体积分数增加及开口高度减小都造成使用寿命下降;减小开口高度引起筛管整体的过流面积降低,缝口处流速增大,导致筛管的冲蚀磨损更剧烈,使用寿命减小。

关键词：天然气水合物储层出砂冲缝管套冲蚀速率寿命预测

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油套管力学-化学腐蚀规律分析

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中国海上油气 2014年第1期26卷 87-91页

作者：闫伟邓金根邓福成朱海燕中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室

从金属的力学-化学腐蚀原理出发,分析了应力对油套管腐蚀的影响规律,结果表明:腐蚀模拟试验中利用N2补压至地层压力在试样上产生的正压力对腐蚀的促进作用很小,可以不予考虑;油套管防腐设计中,管壁表面的液柱压力产生的径向应力对腐蚀... 详细信息

从金属的力学-化学腐蚀原理出发,分析了应力对油套管腐蚀的影响规律,结果表明:腐蚀模拟试验中利用N2补压至地层压力在试样上产生的正压力对腐蚀的促进作用很小,可以不予考虑;油套管防腐设计中,管壁表面的液柱压力产生的径向应力对腐蚀的促进作用很小,而内压、外挤等载荷作用在管壁上的应力对腐蚀起到明显促进作用;三轴应力条件下力学因素会对油套管寿命预测结果产生较大影响,不考虑应力对腐蚀的促进作用所预测的油套管寿命延长46.7%。这些研究结果对于具有复杂地应力特征的腐蚀性油气田井下管柱类型(材质、钢级与壁厚)优化设计具有指导意义。

关键词：力学-化学腐蚀油套管防腐设计三轴应力寿命预测

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TSR: algorithm of image hole-filling based on three-step repairing

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The Journal of China Universities of Posts and Telecommunications 2022年第5期29卷 83-91页

作者： Li fucheng deng Junyong Zhu Yun Luo Jiaying Ren Han School of Electronic Engineering Xi'an University of Posts and TelecommunicationsXi'an 710121China

In order to solve the hole-filling mismatch problem in virtual view synthesis, a three-step repairing(TSR) algorithm was proposed. Firstly, the image with marked holes is decomposed by the non-subsampled shear wave transform(NSST), which will generate high-/low-frequency sub-images with different resolutions. Then the improved Criminisi algorithm was used to repair the texture information in the high-frequency sub-images, while the improved curvature driven diffusion(CDD) algorithm was used to repair the low-frequency sub-images with the image structure information. Finally, the repaired parts of high-frequency and low-frequency sub-images are synthesized to obtain the final image through inverse NSST. Experiments show that the peak signal-to-noise ratio(PSNR) of the TSR algorithm is improved by an average of 2-3 dB and 1-2 dB compared with the Criminisi algorithm and the nearest neighbor interpolation(NNI) algorithm, respectively.

关键词： virtual view point synthesis hole-filling three-step repairing(TSR) Criminisi algorithm curvature driven diffusions(CDD)algorithm

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阀片式水平井ICD控水筛管压降敏感因素分析

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断块油气田 2018年第3期25卷 404-408页

作者：何良邓福成杨永刚陈彬龚宁长江大学机械工程学院湖北荆州434023 中国石油长庆油田分公司第三采油厂宁夏银川750006 中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院天津300459

针对常规筛管已无法解决油气开采中常见的底水锥进问题,设计一种阀片式水平井ICD控水防砂筛管,在井下完成防砂作业的同时,能够有效抑制水锥的发生。为了评价所设计的控水筛管调流控水能力,分析了不同ICD结构尺寸流道的压降变化规律,计... 详细信息

针对常规筛管已无法解决油气开采中常见的底水锥进问题,设计一种阀片式水平井ICD控水防砂筛管,在井下完成防砂作业的同时,能够有效抑制水锥的发生。为了评价所设计的控水筛管调流控水能力,分析了不同ICD结构尺寸流道的压降变化规律,计算相应流量系数。研究发现:流道压降随着入口半径的增大而增大,随阀片开启高度的增大而减小,阀片直径与入口高度较入口半径与阀片开启高度对流道压降的影响小;流量系数取决于流道结构,与流速无关。由分析结果可知,所设计的不同筛管入口半径与阀片开启高度,能够达到调节生产压力的目的。

关键词：水锥流道压降流量系数

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压力衰竭储层井壁稳定性变化规律研究

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石油钻采工艺 2013年第3期35卷 5-8页

作者：闫传梁邓金根蔚宝华谭强邓福成胡连波中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室北京102249

油气田在开发中后期会发生储层压力衰竭,压力衰竭将导致储层地应力发生变化,进而影响钻井中的井壁稳定性。从压力衰竭对储层地应力的影响入手,结合压力衰竭地层的井周应力分布规律对安全钻井液密度窗口随压力衰竭程度的变化规律进行了... 详细信息

油气田在开发中后期会发生储层压力衰竭,压力衰竭将导致储层地应力发生变化,进而影响钻井中的井壁稳定性。从压力衰竭对储层地应力的影响入手,结合压力衰竭地层的井周应力分布规律对安全钻井液密度窗口随压力衰竭程度的变化规律进行了研究。结果表明,在压力衰竭储层钻定向井时存在一个中性角,当井斜角小于中性角时,压力衰竭使安全钻井液密度窗口变宽;当井斜角大于中性角时,压力衰竭使安全钻井液密度窗口变窄;中性角的大小与地层压力衰竭程度无关,与钻井方位有关,保持井斜角小于中性角并远离水平最大地应力方向有利于压力衰竭地层的钻井安全。研究结果可以为油气田在不同压力衰竭时期的钻井设计提供参考。

关键词：压力衰竭定向井地应力井壁稳定钻井液密度

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中心分区式PDC钻头流场数值模拟

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石油钻探技术 2011年第4期39卷 107-110页

作者：于小龙祝效华贾彦杰邓福成童华中海石油基地集团监督监理公司天津300450 西南石油大学机电工程学院四川成都610500

为证实φ215.9 mm中心分区式PDC钻头具有更好的冷却和携岩性能,根据钻头底部轮廓包络面建立了φ215.9 mm中心分区式与常规PDC钻头刀翼流道流场模型,对模型大压力梯度区域运用非均匀结构网格技术进行了局部细化,模拟了两种水力结构对井... 详细信息

为证实φ215.9 mm中心分区式PDC钻头具有更好的冷却和携岩性能,根据钻头底部轮廓包络面建立了φ215.9 mm中心分区式与常规PDC钻头刀翼流道流场模型,对模型大压力梯度区域运用非均匀结构网格技术进行了局部细化,模拟了两种水力结构对井底流场及各流道内流量的影响。结果表明,中心分区水力结构形成的弱连通区域,使各流场区域的流量分配更加合理,并可缓解流体对钻头冠部的冲蚀,有利于流体及时冷却切削齿,减小钻头热磨损可能性,提高携岩能力和降低原生泥包发生概率。PDC钻头采用中心分区水力结构不会增加钻头布齿及刀翼等结构设计和加工制造的难度,并能提高水力效率,推荐在适用PDC钻头地层的中深井段常规钻井和复合钻井中使用。

关键词： PDC钻头流场数值模拟数学模型

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高压釜式筛管冲蚀磨损方法研究与试验装置构建

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钻采工艺 2020年第6期43卷 49-51,58,I0003,I0004页

作者：王统帅沈雪峰邓自强邓福成杨永刚胡成长江大学机械工程学院中国石油技术开发公司十堰高级职业学校长庆油田分公司第三采油厂

针对常规喷嘴式冲蚀磨损试验装置无法准确表现出防砂筛管的冲蚀磨损情况,设计并构建了一种高压釜式筛管冲蚀磨损试验装置。该装置利用压力驱动含砂原油流经筛缝,并对筛缝进行冲蚀磨损,通过调节压差及流量来分析不同条件下筛管的冲蚀磨... 详细信息

针对常规喷嘴式冲蚀磨损试验装置无法准确表现出防砂筛管的冲蚀磨损情况,设计并构建了一种高压釜式筛管冲蚀磨损试验装置。该装置利用压力驱动含砂原油流经筛缝,并对筛缝进行冲蚀磨损,通过调节压差及流量来分析不同条件下筛管的冲蚀磨损情况,对现场工况下筛管冲蚀规律进行试验研究及分析。试验结果表明,生产压差越大,筛管的抗冲蚀至失效时间越短,质量损失量越大,且质量损失量大部分分布在筛缝处。实验结果与筛管作业时的冲蚀磨损情况相符,该实验装置能够较准确模拟筛管在实际作业时的冲蚀磨损情况。

关键词：冲蚀筛管式喷嘴高压釜式喷嘴冲蚀磨损装置

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